Bài giảng Chi tiết máy - Chương 4: Truyền động đai (Nguyễn Thanh Nam)

Bài giảng Chi tiết máy - Chương 4: Truyền động đai có nội dung trình bày về khái niệm chung của truyền chuyển động, vật liệu đai và kết cấu bánh đai, các thông số hình học, vận tốc và tỉ số truyền, lực và ứng suất trong dây đai,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.

Trang 1

4.6 Đường cong trượt và hiệu suất

4.7 Tính truyền động đai (đai dẹt, đai thang, đai răng)

4.8 Trình tự thiết kế bộ truyền đai

Trang 2

4.1 Khái niệm chung

Truyền chuyển động và cơng suất giữa hai trục khá xa nhau

1 Nguyên lý:

Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát (hoặc ăn

khớp) Bộ truyền đai bao gồm hai bánh đai: bánh dẫn 1,

bánh bị dẫn 2 được lắp lên hai trục và dây đai 3 bao quanh

các bánh đai Tải trọng được truyền đi nhờ vào lực ma sát

sinh ra giữa dây đai và các bánh đai Muốn tạo ra lực ma

sát này, cần phải căng đai với lực căng ban đầu Fo.

2 Phân loại:

Theo tiết diện ngang dây đai, ta phân ra: đai dẹt; đai hình

thang; đai hình lược; đai tròn, đai răng, đai hình lục giác

Theo kiểu truyền động, bộ truyền đai dẹt và tròn được phân

ra: truyền động giữa các trục song song cùng chiều, truyền

động giữa các trục song song ngược chiều, truyền động

giữa các trục chéo nhau

Chương 4 Truyền động đai

Trang 3

3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng

Ưu điểm:

- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m)

- Làm việc êm và không ồn nhờ vào độ dẻo của đai, có thể truyền động với vận tốc lớn

- Tránh cho các cơ cấu không có dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính chấtđàn hồi của đai

- Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải

- Kết cấu và vận hành đơn giản (do không cần bôi trơn), giá thành hạ

Nhược điểm:

- Kích thước bộ truyền lớn

- Tỷ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi của đai và bánh đai (ngoại trừ đai răng)

- Tải trọng tác động lên trục và ổ lớn do phải căng đai với lực căng ban đầu Fo

- Tuổi thọ thấp (từ 1000÷5000 giờ)

Phạm vi sử dụng:

Bộ truyền đai thường sử dụng khi khoảng cách giữa hai trục tương đối xa Công suất truyềnkhông quá 50kW và thường đặt ở trục có số vòng quay cao Tỉ số truyền đai dẹt u < 5, có bộcăng đai < 10, đai thang <10, đai hình lược <15, đai răng <20÷30

Trang 4

4 Các phương pháp căng đai:

Định kỳ điều chỉnh sức căng: bằng cách dùng vít 2

đẩy động cơ điện di trượt trên rãnh 1

Tự động điều chỉnh lực căng: nhờ khối lượng của

động cơ điện 1, sử dụng bộ truyền có bánh căng,

khi đó bánh căng 1 được đặt gần bánh đai nhỏ

Điều chỉnh lực căng theo tải trọng: Bánh đai 1 lắp

trên cần lắc 2, cần lắc này đồng thời là trục quay

của bánh răng bị dẫn 3 ăn khớp với bánh răng dẫn

4

5 Các phương pháp nối đai dẹt: 

Trang 5

4.2 Vật liệu đai và kết cấu bánh đai

4.2.1 Vật liệu đai

1 Đai dẹt:

Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải và liên kết với nhau bằng cao su được sulfua hóa Chiềurộng đai theo tiêu chuẩn: 20, 25, 30, 90, 50, 60, (65), 70, 75, 80, 100, (115), (120), 125, 150,(175), 200, 225, 250, (275), 300, 400, 450, (550), 600 và đến 2000 cách khoảng 100

Đai sợi bông: tuổi thọ và khả năng tải thấp hơn đai da và đai vải cao su

Đai sợi len chế tạo từ len dệt (sợi ngang là sợi vải) được tẩm hỗn hợp oxit chì và dầu gai, khảnăng tải kém hơn các loại đai khác

Đai vật liệu tổng hợp với vật liệu nền là nhựa poliamid liên kết với các lớp sợi capron Loạiđai này có độ bền tĩnh và mỏi rất cao, có thể truyền công suất 15kW, vận tốc từ 80÷100m/s vàđường kính bánh đai nhỏ

Trang 6

4.2.1 Vật liệu đai

2 Đai hình thang:

Đai thang được chế tạo thành vòng kín, có chiều dài đai L và tiết diện đai A được tiêu chuẩnhóa Theo TCVN, có 6 loại tiết diện đai thường (từ nhỏ đến lớn): Z, A, B, C, D, E đối với đaithang thường và ba loại đai thang hẹp SPZ, SPA, SPB

Chiều dài L đai theo dãy số tiêu chuẩn sau (mm): 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000,

Trang 7

4.2.2 Kết cấu bánh đai

Bánh đai có đường kính nhỏ hơn 100mm không khoét lõm

Khi đường kính bánh đai lớn, dùng bánh đai khoét lõm, có lỗhoặc làm nan hoa (4÷6 nan) để giảm bớt khối lượng

Vành bánh đai hình thang và hình lược được cắt rãnh có kíchthước tương ứng với kích thước tiết diện của đai

Đối với đai dẹt, vành bánh đai có thể mặt trụ, mặt gấp khúc, mặtlồi (để tránh đai khỏi bị tuột khỏi bánh đai), ta khoét các rãnhvòng có tiết diện hình tam giác hoặc hình chữ nhật để thoátkhông khí trong vùng tiếp xúc giữa đai và bánh đai

Đối với bộ truyền đai tròn, bánh đai được khoét rãnh nửa đườngtròn có bán kính bằng bán kính dây đai

Các bánh đai nên lắp công xôn để dễ thay thế dây đai

4.2 Vật liệu đai và kết cấu bánh đai

Trang 8

4.3 Các thơng số hình học

Các thông số hình học chủ yếu bộ truyền đai bao gồm: a, α1 Đốivới bộ truyền đai có trục chuyển động song song cùng chiều:

α1= p - β (rad) = 180o– β (độ)

α1= p - (d2 - d1)/a (rad) = 180o– 57.(d2 - d1)/a (độ)

α1= p – d1.(u- 1)/a (rad) = 180o– 57.d1.(u - 1)/a (độ)

Chiều dài đai được xác định như sau:

Trang 9

4.4 Vận tốc và tỉ số truyền

Vận tốc vòng trên các bánh đai (m/s):

- Trên bánh dẫn: v1= p d1.n1/60000

- Trên bánh bị dẫn: v2= p d2.n2/60000

trong đó: d1, d2- đường kính bánh dẫn và bánh bị dẫn, mm; n1.n2- số vòng quay bánh dẫn vàbánh bị dẫn, vg/ph

Do sự trượt đàn hồi giữa đai và bánh đai nên v1 > v2 và:

 v2 = v1(1 - ξ)

trong đó ξ là hệ số trượt tương đối, phụ thuộc vào tải trọng, ξ = 0,01÷0,02

Tỷ số truyền của bộ truyền đai:

u = n1/n2 = v1.d2/v2.d1 = d2/[d1.(1 - ξ)]

Tuy nhiên vì giá trị ξ nhỏ nên ta có thể lấy gần đúng:

u ≈ d2/d1

Trang 10

4.5 Lực và ứng suất trong dây đai

1 Lực tác dụng lên đai

F0- lực căng ban đầu;

F1, F2- lực căng trên nhánh chủ động và nhánh bị động;

Ft = 2T1/d1 - lực vòng hay còn gọi là tải trọng có ích, ta có:

(F1– F2) = Ft

Dưới tác dụng của lực căng khi chịu tải, nếu nhánh căng giãn ra bao nhiêu, nhánh chùng cũng

co lại bấy nhiêu, ta suy ra:

F1= F0 + Ft/2 ; F2= F0 - Ft/2 ; F0= σ0A

trong đó σ0là ứng suất căng đai ban đầu, MPa

Phương trình Ơle khi tính đến lực căng phụ Fv(Fv= ρ.A.v2 = qm.v2) do lực ly tâm:

Trang 11

2 Lực tác dụng lên trục và ổ

Lực căng trên các nhánh đai sẽ tác dụng lên trục và ổ:

Fr= 2.F0.sin(α1/2)

Khi tính lực tác dụng lên trục ta thường nhân thêm 1,5 vào F0khi đó:

Fr≈ 3.F0.sin(α1/2)

3 Ứng suất sinh ra trong đai

- Ứùng suất do lực căng ban đầu: σ0= F0/ A

- Ứùng suất có ích sinh ra trong đai: σt = Ft/ A

- Ứng suất kéo trên nhánh căng: σ1= Ft / A + F0/ (2.A)

- Ứng suất kéo trên nhánh chùng: σ2= Ft/ A - F0/ (2.A)

- Ứng suất do lực căng phụ gây nên: σv= Fv/ A = ρ.v2.10-6

- Ứng suất uốn σutuân theo định luật Hooke: σu= ε.E = δ.E/d

trong đó: ε = y/r - độ giãn dài tương đối của thớ đai ngoài cùng, y = δ/2 - khoảng cách từđường trung hòa đến thớ đai ngoài cùng (đối với đai dẹt), đối vối đai thang y = y0, E - mô đunđàn hồi; r - bán kính cong của đường trung hòa r ≈ d/2 và:

σu= εE = 2.y0.E/d

Trang 12

Ứng suất lớn nhất sinh ra trong đai trên nhánh căng tại điểm dây đai bắt đầutiếp xúc bánh đai nhỏ:

σmax= σ1+ σv+ σu1= σ0+ σt/2 + σv+ σu1

σmin= σ2+ σv = σ0- σt/2 + σv

σt = 2.σ0(ef α - 1) / (ef α + 1)

σmax= σtef α / (ef α - 1) + σv+ σu1

σmax= (1000P1/vA) ef α / (ef α - 1) + ρ.v2.10-6 + δ.E/d1

Đối với đai thang:

σmax= (1000P1/vA) ef α / (ef α - 1) + ρ.v2.10-6 + 2.y0.E/d1

khi tăng σ0thì tuổi thọ của đai giảm, do đó ta hạn chế σ0:

Đối với đai thang σ0≤ 1,5MPa; Đối với đai dẹt σ0≤ 1,8MPa

và giá trị cho phép của σtkhông được vượt quá 2,0÷2,5MPa

Trang 13

2 Đường cong trượt và hiệu suất

Khả năng làm việc của bộ truyền đai đặc trưng

bởi đường cong trượt và hiệu suất Trên trục tung

là hệ số trượt tương đối ξ (%) và hiệu suất η

Trên trục hoành là tải trọng, đặc trưng bởi hệ số

kéo φ:

φ = Ft/ (2.F0) = σt / (2.σ0) = (ef α - 1) / (ef α + 1)

Đường biểu diễn quan hệ giữa ξ và φ gọi là

đường cong trượt

Khi 0 ≤ φ ≤ φ0, với φ0là hệ số kéo tới hạn, trượt đàn hồi Hiệu suất bộ truyền tăng lên và đạt

giá trị lớn nhất khi φ = φ0

Nếu tăng Ft để φ > φ0, đai sẽ trượt trơn từng phần hệ số ξ tăng càng nhanh, hiệu suất bộtruyền giảm xuống nhanh

Nếu φ ≥ φmaxthì sẽ xảy ra hiện tượng trượt trơn hoàn toàn Tỷ số φmax/ φ0đối với các loại đainhư sau:

4.6 Đường cong trượt và hiệu suất

Trang 14

4.7 Tính truyền động đai

1 Các dạng hỏng:

Bộ truyền đai có các dạng hỏng sau: Đứt đai do mỏi; Nóng do ma sát; trượt trơn

2 Khả năng làm việc và chỉ tiêu tính:

Các tiêu chuẩn về khả năng làm việc của bộ truyền đai là: Khả năng kéo (tránh hiện tượngtrượt trơn); Tuổi thọ đai (hạn chế sự hỏng đai do mỏi)

Chỉ tiêu tính:

- Đối với bộ truyền đai thang, đai nhiều chêm, tính toán đai theo độ bền mỏi và khả năng kéo

- Đối với bộ truyền đai dẹt, tính theo khả năng kéo và sau đó kiểm tra độ bền mỏi bằng sốvòng chạy của đai trong một giây:

i = v/L

trong đó: v - vận tốc vòng, m/s; L - chiều dài đai, m

đối với đai hình thang i ≤ 3÷5 s-1; đai dẹt i ≤ 10÷20 s-1.Để tránh xảy ra hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai hệ số kéo phải thỏa mãn điều kiện:

φ = σt/ (2.σ0) ≤ φ0 ; σt= Ft / A ≤ 2.σ0.φ0 = [σt]

Trang 15

3 Tính đai theo tuổi thọ:

Giá trị của ứng suất có ích phải thỏa mãn điều kiện dưới đây để tránh hỏng do mỏi:

σt = (σmax- σv- σu1).(ef α - 1) / ef α

= [σr.(107/ NE)1/m - δ.E/d1 - ρ.v2.10-6] (ef α - 1) / ef α

trong đĩ:

NE = 2.3600.i.Lh,

i = v/L là số vòng chạy của đai trong một giây

Lh = (σr / σmax)m.107 / (2.3600.i) (giờ)

Giới hạn mỏi của các loại đai có giá trị như sau:

Trang 16

4 Tính đai theo khả năng kéo:

a Tính toán đai dẹt:

Để tránh hiện tượng trượt trơn, ta sử dụng công thức:

σt= Ft/ A ≤ 2.σ0.φ0 = [σt]

trong đó: Ft= 1000.P1/v với P1là công suất bộ truyền, (kW); A = b.δ, với b là chiều rộng đai,mm; δ - chiều dày đai, mm; [σt] - ứng suất có ích cho phép, MPa

Biểu thức tính chiều rộng đai b như sau:

b ≥ Ft/ δ.[σt] = 1000.P1 / (δ.v.[σt]) ; Giá trị b được chọn theo tiêu chuẩn.Ứng suất có ích cho phép [σt] đối với bộ truyền đai dẹt:

[σt] = [σt]0 CαCvC0Cr

trong đó [σt]0là ứng suất có ích cho phép tìm được bằng con đường thực nghiệm khi u = 1, v =10m/s, tải trọng êm, bộ truyền nằm ngang

Cα- hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai, tính theo công thức:

Cα= 1 – 0,003 (180o– α1), với α1 tính bằng độ

Cv- hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc, tính bằng công thức:

Trang 17

4 Tính đai theo khả năng kéo:

b Tính toán đai thang:

Công thức tính đai thang theo độ bền mỏi và khả năng kéo như sau:

σt= Ft/ z.A1 ≤ [σt] ;(A = z.A1, với Z là số dây đai; A1là diện tích mặt cắt ngang của một sợi dây đai), từ đây suy ra:

1/110), α1tính bằng độ; Cu- hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷsố truyền u (tra bảng); CL- hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai L: CL= (L/ L0)1/6; với

L0- chiều dài đai thực nghiệm, mm; L - chiều dài thật của đai, mm; Cz- hệ số xét đến sự ảnhhưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai (tra bảng); Cr- hệ số xét đến ảnhhưởng của chế độ tải trọng (tra bảng)

Trang 18

1 Trình tự tính tốn bộ truyền đai dẹt:

Thông số đầu vào: Công suất P1, kW; Số vòng quay n, vg/ph; Tỉ số truyền u Tính toán thiết kếbộ truyền đai dẹt theo các bước:

1- Chọn dạng đai và vật liệu đai tùy theo điều kiện làm việc

2- Định đường kính bánh đai nhỏ theo công thức Savơrin:

d1= (1100÷1300) (P1 / n1)1/3; trong đó: P1- công suất, kW; n1- số vòng quay, vg/ph.Hoặc tìm d1theo mômen xoắn T (Nmm): d1= (5,2÷6,4).(T1)1/3, mm;

Chọn d1theo các bảng tiêu chuẩn sau: 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160,

180, 200, 225, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400,

1600, 1800, 2000

3 Tính v1và kiểm tra có phù hợp không Nếu không thì thay đổi đường kính bánh đai nhỏ

4 Chọn hệ số trượt tương đối ξ Sau đó tính d2theo công thức: u = d2/[d1.(1 - ξ)]

và chọn tiêu chuẩn như d1 Tính chính xác tỉ số truyền u

5 Xác định khoảng cách trục a theo kết cấu hoặc theo chiều dài Lmin:Lmin= v/(3÷5) (trườnghợp bộ truyền đai hở); Lmin= v/(8÷10) (trường hợp có bánh căng đai):

Kiểm nghiệm khoảng cách trục a theo điều kiện:

a ≥ 2(d1+ d2): trường hợp bộ truyền đai hở;

a≥ (d1+ d2): trường hợp bộ truyền có bánh căng đai

Trang 19

1 Trình tự tính tốn bộ truyền đai dẹt:

6 Sau khi xác định a (hoặc cho trước a), ta tính L: L = 2a + p.(d1 + d2)/2 + (d2 – d1)2/(4a))

Tăng chiều dài đai L lên một khoảng 100÷400mm để nối đai

7 Kiểm tra i của đai trong 1 giây, nếu không thỏa ta tăng khoảng cách trục a và tính lại L và i

8 Tính góc ôm đai α1của bánh đai nhỏ theo công thức:

α1= 180o– 57.(d2 - d1)/a (độ) hoặc:

α1= 180o– 57.d1.(u - 1)/a (độ)

khi cần thiết tăng góc ôm đai thì ta tăng khoảng cách trục a hoặc sử dụng bánh căng đai

9 Chọn trước chiều dày tiêu chuẩn δ của đai theo điều kiện:

d1/δ ≥ 25 đối với đai da; d1/δ ≥ 30 đối với đai vải cao su

10 Tính các hệ số Ci, tính chiều rộng b của đai theo công thức:

b ≥ Ft/ δ.[σt] = 1000.P1 / (δ.v.[σt])

và chọn b theo giá trị tiêu chuẩn

11 Chọn chiều rộng B của bánh đai theo chiều rộng b tiêu chuẩn

12 Xác định lực tác dụng lên trục theo công thức:

Fr= 2.F0.sin(α1/2) hoặc:

Fr≈ 3.F0.sin(α1/2)và lực căng đai ban đầu theo điều kiện:

[σ0].b.δ ≥ F0≥ Ft.(ef α+1)/[2.(ef α – 1)]

Trang 20

2 Trình tự tính tốn bộ truyền đai thang:

Thông số đầu vào: công suất P1, kW, số vòng quay n, vg/ph và tỉ số truyền u Tính toán thiếtkế bộ truyền đai thang theo các bước sau:

1- Chọn dạng đai (tiết diện đai) theo công suất P1và số vòng quay n1theo đồ thị;

2- Tính đường kính bánh đai nhỏ d1≈ 1,2.dminvới dmin cho trong bảng (d1là đường kính bánhđai tính theo lớp trung hòa của đai, còn được gọi là đường kính tính toán) Chọn d1theo giá trịtiêu chuẩn (mm): 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355,

400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000 Tính v1 theo công thức: v1 = p d1.n1 /60000,nếu v1> 25m/s thì chọn d1nhỏ hơn hoặc dùng đai thang hẹp

3- Chọn hệ số trượt tương đối và tính d2theo công thức:

u = d2/[d1.(1 - ξ)] hoặc: u = d2/ d1

và chọn theo giá trị tiêu chuẩn (chiều dài đai xác định theo lớp trung hòa của đai)

4- Khoảng cách trục a cho trước theo kết cấu hoặc chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo đườngkính d2:

Trang 21

2 Trình tự tính tốn bộ truyền đai thang:

Xác định L theo a sơ bộ theo công thức:

L = 2a + p.(d1 + d2)/2 + (d2 – d1)2/(4a) và chọn chiều dài L tiêu chuẩn

Tính chính xác khoảng cách trục a theo L tiêu chuẩn theo công thức:

trong đó: k = L – p.(d1 + d2)/2; Δ = (d2 – d1)/2.Kiểm nghiệm điều kiện:

2(d1+ d2) ≥ a ≥ 0,55(d1+ d2) + h ; với h là chiều cao mặt cắt ngang của dây đai (tra bảng).5- Tính góc ôm đai α1theo công thức:

α1= 180o– 57.(d2 - d1)/a (độ) hoặc: α1= 180o– 57.d1.(u - 1)/a (độ)

và kiểm tra điều kiện không xảy ra hiện tượng trượt trơn Nếu không ta tăng khoảng cách trục

a hoặc giảm tỉ số truyền u

6- Tính số đai z theo công thức:

Z ≥ 1000.P1 / ([σt].v A1) = P1 / [P] hoặc: Z ≥ P1 / [P] Cα.Cu.CL.Cz.Cr.Cv.Chọn Z theo số nguyên và không nên quá 6

7 Tính chiều rộng các bánh đai và đường kính ngoài của các bánh đai

8- Tính lực tác dụng lên trục theo công thức:

Fr= 2.F0.sin(α1/2) hoặc: Fr≈ 3.F0.sin(α1/2)

và lực căng đai ban đầu theo điều kiện:

[σ0].z A1 ≥ F0≥ Ft.(ef α+1)/[2.(ef α – 1)]

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	1,76 MB